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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王偉漢
研究生(外文):Wei-Han Wang
論文名稱:污泥高速旋風乾燥減量之研究-以北部某水資源回收中心設施為例
論文名稱(外文):The sludge reduction by a high-speed dewatering cyclone – a case study of a water resources recycling center in northern Taiwan
指導教授:陳孝行陳孝行引用關係翁煥廷
口試委員:張添晉李王永泉
口試日期:2012-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:環境工程與管理研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:下水道污泥污泥含水率污泥乾燥效益分析
外文關鍵詞:Sewer sludgeWater content of sludgeSludge dewateringEffectiveness analysis
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下水道污水性質會因收集區域社區型態及土地使用分類而有所差異,流至各污水處理廠也會因處理流程、藥劑添加種類不同,所產生的污泥性質種類也會有差異性。據統計臺灣民生污水及工業廢水於污水處理過程所產生的污泥量總計每年約250萬公噸,其最終處置方式大多為衛生掩埋,如此將縮短掩埋場的使用年限,因此污泥減量在地狹人稠的臺灣已成為當今重要的環保議題。
本研究以北部某水資源回收中心為例,檢視其歷年污泥產生單元操作數據,對各污泥單元進行效能分析評估,以達污泥減量操作之目的。並由文獻探討污泥各種資源化再利用途徑,配合最終處置方式擬定污泥乾燥處理做為中間處理,評估並實測該水資源回收中心增設污泥高速旋風乾燥設備之效益,以供日後興建或改善污水處理廠參考。
研究結果顯示,該水資源回收中心污泥單元各項操作參數均於標準範圍內,處理效果良好,能有效控制污泥餅產生量,在進流水量水質變動幅度不大之情況下,污泥單元操作參數可不必隨之調整。
脫水污泥無混合經高速旋風乾燥後,污泥含水率可降至約20~34%,減重率為63~69%,進料污泥含水率高時,有較佳之含水率降低效果,且進料含水率對減重率的影響較進料速度的影響為大。當進料速度每小時100kg時,每噸污泥之乾燥淨效益為125.6元,隨乾污泥混合比增加會降低乾燥效益,乾污泥混合比超過40%時即無效益;若進料速度提升至500kg/hr,乾燥之效益可達1778.3元/噸,降低39.5%之污泥清運處理成本。
本研究亦以迴歸分析方法,推估經乾燥後理論減重率(減重率2,%)與實測減重率(減重率1,%)之關係式、乾燥後污泥含水率之預測模式並導出污泥乾燥效益之預測模式,所得結果分別為:
1. 減重率2(%)=-3.24+減重率1(%)× 0.965
2. 無混合乾燥污泥含水率(%)=31.0846-0.0241 × 進料速度
(進料速度適用範圍:0~500kg/hr)
3. 混合乾燥污泥含水率(%)=30.9261-0.1916 × 乾污泥混合比(%)
(進料速度100kg/hr、乾污泥混合比適用範圍:0~80%)
4. 無混合污泥乾燥效益(元/噸)=71.84+3.7328 × 進料速度
(進料速度適用範圍:100~500kg/hr)
5. 混合污泥乾燥效益(元/噸)=122.6829-3.1126 × 乾污泥混合比
(進料速度100kg/hr、乾污泥混合比適用範圍:0~40%)
污泥乾燥減量效益對全廠營運成本的貢獻度極大,約可降低整廠營運成本6.32%,顯現污泥乾燥減量極具效益。


The wastewater characteristics of sewer present the variation due to different community types of collecting area and the classification of land application. Likewise, the sludge features of each wastewater treatment plant correspond to different treating processes and the types of additional chemicals. In Taiwan, the total amount of sludge yield is around 2.5 million tons per year from the municipal and industrial wastewater treatment plants. The sludge buried in landfill is the final disposal, which will shorten the usage life of the landfill. Therefore, the sludge reduction is one of the most important environmental issue in Taiwan with such high-density population.
In this work, a water resources recycling center in northern Taiwan was exemplified. The effectiveness of each sludge-treatment unit was evaluated by analyzing the sludge-operation parameters and characteristics data of sludge in order to achieve the goal of sludge reduction. In addition, we evaluated various resources-reuse techniques based on literatures discussion and associated to the final treatment approaches to propose the sludge desiccation as an intermediate treatment procedure. The sludge desiccation efficiency of a new high-speed cyclone in this center was assessed as the reference for the construction or improvement of wastewater treatment plant in the future.
Results indicated that the operational parameters of each sludge unit in this center were controlled under the standard range. This sludge system was able to control the yield of sludge cakes effectively. Hence, there was no need to adjust operational parameters when the quantity and quality of influent maintained at certain stable ranges.
After the desiccation of the high-speed cyclone, the water content of sludge was around 20%-34% (i.e., the removal rate of weight was 63%-69%). The high water content of sludge presented relatively high desiccation rate. In comparison with the feeding rate, the water content of sludge influenced the removal rate of weight more significantly. The cost-effectiveness of the desiccation process was NTD 125.6 per ton at the feeding rate of 100 kg/hr. The increase of sludge mixing ratio would decrease the cost-effectiveness of the desiccation process. When the mixing ratio was over 40%, there was no cost-effectiveness. If the feeding rate was enhanced to 500kg/hr, the cost-effectiveness of the desiccation process was achieved to NTD 1,778.3 per ton and the 39.5 % cost of sludge removal and treatment could be deducted.
By the regression analysis, the corresponding equation between the theoretical (removal 2, %) and practical removal rate of weight (removal 1, %) was developed. A predictive model was established to estimate the water content and the cost-effectiveness of desiccation sludge. Several conclusions were drawn as the following:

1. Removal 2 (%) = -3.24 + Removal 1 (%) × 0.965
2. The water content of desiccated sludge without mixing (%) = 31.0846 - 0.0241 × feeding rate (0-500kg/hr)
3. The water content of desiccated sludge with mixing (%) = 30.9261 - 0.1916 × mixing ratio (%) (feeding rate of 100kg/hr, mixing ratio 0% - 80%)
4. Desiccation effectiveness without mixing (NT dollar/ton) = 71.84 + 3.7328 × feeding rate (100-500kg/hr)
5. Desiccation effectiveness with mixing (NT dollar/ton) = 122.6829 - 3.1126 × mixing ratio (%) (feeding rate of 100kg/hr, mixing ratio 0% - 40%)

The cost-effectiveness of sludge desiccation contributes to the whole running-cost of wastewater treatment plant dramatically, which can eliminate 6.32% running-cost. This study demonstrated the applicable potential of the sludge desiccation procedure.


目 錄

中文摘要 i
英文摘要 iii
致謝 vi
目錄 vii
表目錄 ..ix
圖目錄 xi
第一章 前言 1
1.1研究緣起 1
1.2研究目的 2
1.3研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1污水處理污泥減量操作 4
2.1.1 污泥產出相關單元設計規範與建議操作參數 4
2.1.2 初沉單元 5
2.1.3 二沉單元 6
2.1.4 濃縮單元 7
2.1.5 脫水單元 8
2.1.6 各污泥單元污泥含水率 9
2.2污泥資源化再利用及最終處置 10
2.2.1 下水污泥之產生來源及數量 10
2.2.2 污泥之種類及特性 11
2.2.3 污泥處置及再利用方式 13
2.3乾燥原理及應用 19
2.3.1 乾燥目的及原理 19
2.3.2 乾燥方法及應用 21
第三章 研究方法 29
3.1研究架構 29
3.2研究個案背景 31
3.2.1 某地區污水下水道概況 31
3.2.2 某水資源回收中心現況 32
3.3污泥產出單元操作數據評析 38
3.3.1 原始數據及污泥來源 38
3.3.2 數據統計分析 39
3.4污泥乾燥減量試驗與成本效益分析 44
3.4.1 實驗設備與器材 44
3.4.2 污泥含水率檢測 46
3.4.3 實驗步驟 47
3.4.4 成本效益分析 53
第四章 結果與討論 54
4.1污泥產出單元功能查核及操作參數改善建議 54
4.1.1 污泥相關單元操作數據統計分析 54
4.1.2 污泥單元含水率分析 57
4.1.3 污泥單元主要參數校核及改善建議 58
4.2高速旋風污泥乾燥機污泥減量操作試驗評析 61
4.2.1 污泥乾燥設備操作試驗模式 61
4.2.2 各操作模式之污泥變化 64
4.2.3 成本效益分析 75
4.2.4 含水率及效益預測模式 84
第五章 結論與建議 89
5.1結論 89
5.2建議 90

參考文獻 92

附錄A 污泥單元設計規範及建議最適化操作參數 97
附錄B 污泥單元數據統計 100
附錄C 污泥單元直方圖 104
附錄D 區集化之影響探討 107
附錄E 污泥單元主要參數計算 110
附錄F 迴歸分析結果 112









表目錄

表2.1 污水處理單元及其所產生之固體物或污泥形.........…...................4
表2.2 各污泥單元產出污泥含水率範圍 ........................................... 9
表2.3 臺灣地區污水下水道建設普及率........................................... 11
表2.4 下水污泥之物化特性比較............................................. 12
表2.5 下水污泥之處理處置對策........................................... 14
表2.6 下水污泥處理處置方法........................................... 15
表2.7 下水污泥資源化途徑............................................. 17
表2.8 下水污泥之化學組成(%) ........................................... 18
表2.9 各種乾燥設備去除濾餅水分之能源消耗......................................20
表3.1 地區污水下水道系統計畫區總污水量推估表..............................31
表3.2 地區污水下水道系統計畫區總污染量推估表..............................32
表4.1 各項數值基本統計結果........................................... 55
表4.2 各污泥單元平均含水率............................................. 58
表4.3 污泥單元操作參數彙整表........................................... 60
表4.4 歷次試驗環境條件........................................... 62
表4.5 歷次試驗操作條件............................................. 63
表4.6 歷次試驗操作模式........................................... 63
表4.7 歷次試驗含水率變化情形........................................... 66
表4.8 歷次試驗污泥重量變化情形............................................. 69
表4.9 歷次試驗污泥減重率........................................... 71
表4.10 各乾污泥混合比減重率換算彙整表........................................... 74
表4.11 各乾污泥混合比減重率換算彙整表............................................. 76
表4.12 歷次試驗耗電量........................................... 77
表4.13 各乾污泥混合比每噸污泥耗電費用換算彙整表..........................78
表4.14 歷次試驗耗油量............................................. 80
表4.15 各乾污泥混合比每噸污泥耗油費用換算彙整表...........................80
表4.16 各乾污泥混合比每噸污泥乾燥效益彙整表..................................82
表4.17 無混合乾燥效益彙整表............................................. 83
表4.18 無混合試驗結果彙整表........................................... 84
表4.19 混合試驗結果彙整表........................................... 85
表4.20 操作條件與乾燥效益彙整表............................................. 86
表4.21 操作條件與乾燥效益彙整表........................................... 87
表4.22 平均每日費用及單位成本........................................... 88
















圖目錄

圖1.1 論文研究流程圖................................................ 3
圖2.1 污泥濃度與污泥容積............................................ 8
圖2.2 都會下水污泥的基本組成......................... ....................... 13
圖2.3 污泥中水之存在狀態............................................... 19
圖2.4 污泥乾燥技術分類............................................... 21
圖2.5 冷凍式乾燥系統原理............................................... 24
圖2.6 污泥乾燥設備元件示意圖............................................... 27
圖3.1 論文研究架構圖............................................... 30
圖3.2 A廠處理流程圖............................................... 33
圖3.3 初沉池單元............................................... 35
圖3.4 二沉池單元............................................... 36
圖3.5 離心式污泥濃縮機............................................... 37
圖3.6 離心式污泥脫水機............................................... 38
圖3.7 四分位數法示意圖............................................... 39
圖3.8 污泥乾燥試驗裝置............................................... 45
圖3.9 分析天平............................................... 45
圖3.10 105℃烘箱............................................... 46
圖3.11紅外線水分分析儀............................................... 46
圖3.12進料無混合試驗流程圖............................................... 49
圖3.13進料污泥含水率檢測............................................... 50
圖3.14脫水污泥運載............................................... 50
圖3.15進料污泥秤重............................................... 50
圖3.16污泥進料投入............................................... 50
圖3.17乾燥污泥含水率測定............................................... 50
圖3.18進料混合試驗流程圖............................................... 52
圖4.1 進流水量變化趨勢圖............................................... 56
圖4.2 混合污泥量變化趨勢圖............................................... 56
圖4.3 脫水污泥量變化趨勢圖............................................... 56
圖4.4 混合污泥含水率變化趨勢圖............................................... 56
圖4.5 濃縮污泥含水率變化趨勢圖............................................... 56
圖4.6 脫水污泥含水率變化趨勢圖............................................... 56
圖4.7 污泥含水率分析點(a、b、c、d) ..............................................57
圖4.8 無混合試驗乾燥後污泥............................................... 64
圖4.9 乾污泥混合比20%乾燥後污泥............................................... 64
圖4.10乾污泥混合比30%乾燥後污泥............................................... 64
圖4.11乾污泥混合比40%以上乾燥後污泥............................................... 64
圖4.12無混合含水率降低量與進料速度對應關係.....................................67
圖4.13含水率降低量與乾污泥混合比對應關係圖.....................................67
圖4.14無混合之減重率與進料速度對應關係圖.........................................69
圖4.15減重率與乾污泥混合比對應關係圖............................................... 70
圖4.16減重率對照圖............................................... 72
圖4.17進料混合流程圖............................................... 73
圖4.18換算後減重率與乾污泥混合比對應關係圖.....................................75
圖4.19降低清運處理費與乾污泥混合比對應關係.....................................76
圖4.20耗電費與乾污泥混合比對應關係圖............................................... 79
圖4.21耗油費與乾污泥混合比對應關係圖............................................... 81
圖4.22乾燥淨效益與乾污泥混合比對應關係圖.........................................82
圖4.23各乾污泥混合比乾燥成本效益比例圖.............................................83
圖4.24各進料速度乾燥效益對應關係圖............................................... 84


參考文獻

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